Voda a les
Radek Pokorný
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a Státním rozpočtem ČR InoBio – CZ.1.07/2.2.00/28.0018
Voda a les
funkce hydrická
funkce vodohospodářská
VODA - H2O
- základní přírodní zdroj organického života na Zemi
- hydrosféra (oceány, moře, jezera, řeky ledovce, vody v půdě a ovzduší)
- množství a kvalita vody - kvalitou životního prostředí
- vědní obor hydrologie
nejvýznamnější vlastnosti vody - teplota vody
/fyzikální, chemické, biologické/ - schopnost rozpouštět některé sloučeniny
- nenahraditelnost vody v biologických procesech
- kinetická a potenciální energie
- samočistící schopnost vody
vlastnosti vody neměnné
proměnné
Evropská vodní charta - I. bez vody není života, je drahocenná a nenahraditelná
- II. zásoby sladké vody nejsou nevyčerpatelné
- VI. pro zachování vodních zdrojů má zásadní význam
rostlinstvo, především les
ZDROJE VODY
celková rozloha zemského povrchu: 510 mil.km2 vodní plocha: 361 mil. km2 (71%) hydrosféra: 1 400 mil. km3
Koloběh vody v přírodě - velký (+ povrchový odtok) - malý
sluneční záření
zemská gravitace
tepelná energie
geochemická energie
tzv. třetinové pravidlo
ČR - dostatek vody (akumulace v půdě a přehradách)
- je však časově a prostorově nevyrovnaná
povodí hlavních toků: Labe - Severní moře
Odra - Baltské moře
Morava a Dyje - Černé moře
prům. srážky: 668mm; 75.5 tis. km vodních toků; hustota vodní sítě: 0.9 km/km2
Povodí Labe
Vltavy
Ohře
Odry
Moravy
vodohospodářsky významné vodní toky
drobné vodní toky
Jakost vod (znečištění fyzikální, chemické, organické)
- pitná voda (ČSN 75 71 11) - voda pro člověka dlouhodobě zdravotně nezávadná
- závazný ukazatel (nepřekročitelné limity)
- stanovený ukazatel (možno vyjímečně překročit)
- hromadné zásobování pitnou vodou - 100 a více obyvatel
- individuální zásobování - pod 100 osob
Ukazatele: I. všeobecné
II. Bakteriologické a biologické požadavky
a) závazné - koliformní bakterie
- mezofilní bakterie
- biologický obraz
b) stanovené
III. Chemické a fyzikální požadavky
- fosforečnany (max 1mg/l)
- dusitany a dusičnany (0.1mg/l, 50mg/l...15mg/l kojenci)
- chloridy (100mg/l)
Ukazatele kyslíkového režimu BSK (biochem. spotřeba kyslíku za 5 dnů)
I.a velmi čistá <2mg O2/l za 5 dní
I.b čistá 2-5 (pro člověka limitní 5)
II. znečištěná 5-10
III. velmi znečištěná 10-15
IV. silně 15-25 V. velmi silně >25
Hydrická a vodohospodářská funkce lesa samovolná záměrná (řízená) funkce
1. kvantitativní funkce (vliv na kvantitu vody určité jakosti)
2. kvalitativní funkce (ovlivňování formy vody)
3. komplexní funkce ad1+ad2
Vodohospodářsky důležité lesy:
• lesy I. pásma hygienické ochrany (PHO) _1%
• lesy povodí vodárenských toků _15%
• lesy pramenných oblastí _26%
• CHOPAV chráněné oblasti přirozené akumulace vod
(podzemních, povrchových, povodí vodárenských toků)
• lesní porosty místního vodoochranného významu _2%
• větrolamy, břehové porosty, biokoridory,..
• lesní porosty na zamokřených a zaplavovaných územích _10%
• lesní porosty v imisních a těžbou narušených oblastech _28%
retardační
retenční
akumulační
desukční
jakákoli forma zeleně má vodohospodářský význam, který se zvětšuje s její plochou
směrný vodohospodářský plán_SVP I. opatření v PHO 1 - přímá ochrana zdrojů (50-100m)
II. v PHO 2 - následná ochrana zdrojů (200-300m)
III. v PHO 3 - celé povodí
specifické skupiny porostů v povodí A s fcí vodoochrannou (břehové a liniové porosty)
a jejich dílčí funkce /les, zeleň/ B s fcí protierozní (větrolamy, zpevňující lesní pásy)
C s fcí desukční (meliorační dřeviny)
D s fcí infiltrační (zasakovací pásy)
E s fcí srážkotvornou
vodohospodářské fce les. porostů zajišťují hosp. opatření (zastoupení dřevin, mýtní doba,
hosp. způsob, těžební a dopravní technologie, lesní dopravní siť, lesnickotechnické meliorace)
lesy ovlivňují zásadním způsobem _ srážky, výpar, odtok
zjednodušená rovnice vodní bilance
HS = HTR + HIN + HVP + HOP + HVS
70%
HETR _celkový výpar
30%
HCO_ celkový odtok
HETR = HTR + HIN + HVP = transpirace + intercepce + výpar z půdy
evaporace
evapotranspirace
60% 30% 10%
HCO = HOP + HVS = povrchový odtok + infiltrační odtok
>0% 100%
typy vodní bilance: a) pasivní HS < HEE (přísun vody je menší než potenciální evapotranspirace)
(vodohospodářská fce - , produkční fce -)
b) vyrovnaná HS = HEE (produkční fce 0, vodohospodářská fce 0)
c) pozitivní HS > HEE (produkční fce +, vodohospodářská fce +)
d) vysoce pozitivní HS >> HEE (produkční fce ++, vodohospodářská fce ++)
srážky
srážky horizontální (rosa, jinovatka, námraza apod.)
vertikální (déšť, sníh, kroupy)
charakteristiky: úhrn srážek (mm; l/m2), intenzita (mm/min), plocha na kterou dopadly
déšť: vydatnost (l/s/ha), doba trvání, plocha.., pravděpodobnost výskytu
deště_ z tepla (konvekční)
orografické
cyklonální
_ krátkodobé přívalové ( intenzita, doba trvání, plošný rozsah)
déletrvající deště ( intenzita, doba trvání, plošný rozsah)
sníh - sněhová pokrývka
_vlivem gravitace, působení slun. energie a rekrastalizace se zvyšuje
hustota
_charakteristiky: výška sněhové pokrývky, vodní hodnota sněhu
(množství vody v obj. jednotce sněhu)
povrchová voda povrchový odtok plošný
soustředěný hydrografická síť
velikost a rychlost povrchového odtoku je v přímé úměře se sklonitostí území a délkou svahů
je odvislí na vsakovací schopnosti půdy
povodí - část zemského povrchu z něhož veškerá
srážková voda stéká do urč. půdního
profilu na vodním toku a pro nějž lze
kvantitativně vyjádřit složky vodní
bilance.
Hranici povodí tvoří rozvodnice.
vodní toky charakteristika: povodí toku, rozvodnice, délka toku, vývoj toku, střední šířka toku,
sklon toku (absolutní, relativní), průtok, podélný profil,..
stojaté vody jezera, močály, bažiny, rašeliniště, umělé vodní nádrže
podpovrchová voda - předpokladem života rostlin
- hlavním zdrojem kvalitní pitné vody
půdní - adsorpční
- hygroskopická
- obalová (5-0.1MPa)
- kapilární (<0.1MPa)
- gravitační
podzemní - vadózní
- juvenilní
- fosilní
vodní režim půdy hydrolimity
1. Plná vodní kapacita (WS)
2. Polní vodní kapacita (WPK)
3. Adsorpční vodní kapacita (WA)
4. Bod snížené dostupnosti (WSD)
5. Bod vadnutí (WV)
IWs I .42.0 4.2
OE LLW Pr
pohyb vody v systému půdy - rostlina - atmosféra
Transpirace:
Obecná definice: výdej vody rostlinou (v plynné formě)
Výpar je funkcí parametrů atmosféry a tepelné bilance povrchu...
Účinnost využití zářivé energie v procesu fotosyntézy jako celku je
kolem 1-5%. Zbývajících 95-99% energie musí být odvedeno konvekcí
v podobě tepla (sensible heat) a výparem v podobě výparného tepla
(latent heat).
TL: 25°C
TA: 20°C
RH: 50%
WS: 0.8m.s-1
SFD:
4mmol.m-2.s-1
-1°C
1°C
92%
0.4m.s-1
0.2mm jinovatky
[W.m-2]
Nejpoužívanější metody měření v současnosti:
gazometrické
tepelné bilance
tepelných pulzů
lyzimetry
aerodynamické
vířivé kovariance
Přepočet rychlosti transpiračního proudu jedinec-porost lze provést přes:
plochu povrchu půdy resp. velikost koruny
plochu povrchu listoví
plochu vodivé části běle
tloušťku kmene v 1.3m resp. výčetní kruhovou základnu
Transpirace
r
cTR
metoda tepelných pulzů (HPV)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0:20
2:20
4:20
6:20
8:20
10:20
12:20
14:20
16:20
18:20
20:20
22:20
0:20
2:20
4:20
6:20
8:20
10:20
12:20
14:20
16:20
18:20
20:20
22:20
0:20
2:20
4:20
6:20
8:20
10:20
12:20
14:20
16:20
18:20
20:20
22:20
0
2
4
6
8
10
12
14
16
global radiation [W/m2]
relative air humidity at 5m height level [%]
air temperature at 5m height level [°C]
speed of wind at 5m height level [m/s]
VPD at 5m height level [kPa]
FD transpiration [l/min]
D- plot
Transpirace porostu v závislosti na mikroklimatických faktorech
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0:00 12:00 0:00 12:00 0:00 12:00
Global radiation [Wm-2]Real sap flux [lhr-1]I. Simulation[lhr-1]
plocha- S
0,000
0,002
0,004
0,006
0,008
0,010
0,012
0,014
6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00
ČAS [h]
SS
F [
l hod
-1 c
m-2
]
podúrovňový
úrovňový
nadúrovňový
B
0,000
0,002
0,004
0,006
0,008
0,010
0,012
0,014S
SF
[l hod
-1 c
m-2
]A
Specifická rychlost transpiračního proudu
v průběhu extrémního (A) a typického
(B) letního dne u jedinců smrku s různým
sociálním postavením v porostu.
nadúrovňový 5 l/den
úrovňový 6 l/den
podúrovňový 3 l/den
nadúrovňový 12 l/den (-50%)
úrovňový 3,5 l/den (-40%)
podúrovňový 2,5 l/den (-11%)
0.045
0.490
0.936
1.381
1.827
2.272
2.718
3.163
3.609
4.054
above
Transpirace porostu při nízké dostupnosti vody v půdě
transpirační koeficient (Hellrieger 1883) - množství vody (l) spotřebované rostlinou nebo
porostem za vegetační období na kg vytvořené
sušiny
produktivita transpirace (Maximov 1923) - počet gramů sušiny vytvořené na litr
spotřebované vody
ITE (Polster 1950) - poměr rychlosti fotosyntézy a rychlosti transpirace
(mg CO2.g-1 H2O)
WUE - účinnost využití vody (g.l-1; transp. koef. = 1/WUE)
vodní bilance rostliny = absorpce vody - transpirace